Come Scegliere il Cavo Aereo per un Impianto Fotovoltaico?


La scelta del cavo aereo per un impianto fotovoltaico è un aspetto cruciale nella progettazione e nel funzionamento efficiente di tali impianti. Il corretto dimensionamento del conduttore aereo incide direttamente sulla sicurezza, perdite di energia, costi operativi, e redditività a lungo termine.

Centrale fotovoltaica
Energia da Impianto Fotovoltaico

Gli impianti fotovoltaici si distinguono in impianti fotovoltaici centralizzati e distribuiti in base alla loro capacità e modalità di consumo. Gli impianti centralizzati hanno una capacità maggiore e sono solitamente collegati alla rete utilizzando livelli di tensione di 35kV/110kV o superiori, accedendo a una vicina sottostazione da 35 kV/110 kV. Le sottostazioni da 35 kV/110 kV sono generalmente ubicate nei centri di carico cittadini, ad una certa distanza dall'impianto fotovoltaico. Per ridurre i costi e migliorare l’efficienza, cavo aereo scoperto viene tipicamente utilizzato per collegare l'impianto alla sottostazione.

Nella progettazione di un impianto fotovoltaico e nella scelta dei cavi, l'utilizzo di un conduttore nudo di sezione minore riduce il consumo di metalli non ferrosi, riducendo così i costi di investimento. D'altra parte, se viene utilizzato un conduttore con sezione maggiore, la resistenza per unità di lunghezza diminuisce, che riduce le perdite di energia attiva, cadute di tensione, e perdite di energia elettrica, conseguentemente abbassando i costi operativi. Per ridurre le perdite in rete e migliorare l'efficienza economica dell'impianto fotovoltaico, massimizzare i ricavi derivanti dalla produzione di energia, è fondamentale scegliere opportunamente la sezione del conduttore.

Tre condizioni necessarie per la scelta della sezione trasversale del conduttore

La scelta della sezione del conduttore aereo deve garantire la sicurezza delle persone, fornitura elettrica affidabile, tecnologia avanzata, ed economia ragionevole. Tecnicamente, la selezione dovrà rispondere ai seguenti tre requisiti necessari:

Condizione di resistenza meccanica

Durante il funzionamento a lungo termine, il conduttore sarà soggetto a varie forze esterne, come la tensione della linea, il peso proprio del conduttore, vento, e il peso del ghiaccio accumulato. Per garantire la sicurezza e l’affidabilità del funzionamento del conduttore, è necessario che abbia sufficiente resistenza meccanica. La normativa prevede che sia garantita la resistenza meccanica delle linee elettriche, la sezione del conduttore non deve essere inferiore ai valori indicati nella tabella seguente:

Tipo di conduttoreAttraverso le aree residenzialiAttraverso aree non residenziali
Cavo intrecciato in alluminio e lega di alluminio3525
Cavo intrecciato con anima in acciaio2516
Cavo in rame1616

Condizioni di riscaldamento

Quando la corrente scorre attraverso il conduttore, si riscalda a causa della resistenza. Per evitare che il conduttore si bruci o invecchi prematuramente a causa del surriscaldamento, e per garantirne il funzionamento sicuro e affidabile a lungo termine, deve anche soddisfare le condizioni di aumento della temperatura. Questo è, la corrente di carico continua massima che scorre attraverso il conduttore deve essere inferiore alla corrente continua sicura a lungo termine consentita. La norma stabilisce la corrente continua sicura a lungo termine per una temperatura ambiente di 25°C, come mostrato nella tabella seguente:

Sezione trasversale / mm²35507095120150185240300400500
LJ170215265325375440500610680830980
LGJ170220275335380445515610700800
LJGQ510610710845966
Conduttori in alluminio nudo
Conduttori in alluminio sopraelevati

Condizione di effetto corona

Nelle linee aeree ad alta tensione, l'intensità del campo elettrico circostante è elevata. Ciò può indurre il verificarsi di scariche parziali o complete, crescenti perdite di energia, generare interferenze nella comunicazione, e accelerando l'ossidazione delle apparecchiature. Per evitare l’effetto corona, l’intensità del campo elettrico nell’aria circostante deve essere ridotta aumentando la sezione del conduttore. Quando il livello di tensione è inferiore a 60 kV, UN effetto corona completo non si verifica a causa della bassa tensione operativa e della bassa intensità del campo elettrico. Tuttavia, quando il livello di tensione è uguale o superiore a 110kV, la sezione trasversale minima del conduttore richiesta per evitare l'effetto corona è la seguente:

Voltaggio nominale / kV110220330
Sezione trasversale minima del conduttoreLGJ-70LGJ-300LGJ-2×240

Metodo per la selezione della sezione trasversale del conduttore 1: Metodo della densità di corrente economica

Quando si considera l’economia nella scelta della sezione del conduttore, è necessario tenere conto principalmente degli investimenti nella costruzione della linea e dei costi operativi annuali, che si basano principalmente sulle perdite di energia. Per garantire la fattibilità economica della selezione del conduttore, dovrebbe basarsi sulla densità economica attuale. Dopo aver considerato in modo esauriente i principi del beneficio complessivo (investimento, costi operativi, tasso di recupero degli investimenti, tasso di ammortamento), la corrente più economica corrispondente ad una sezione trasversale unitaria del conduttore è chiamata densità di corrente economica. Questo è legato al materiale del conduttore, il coefficiente di utilizzo della linea, e l'importo dell'investimento. In pratica, è determinato in base al materiale del conduttore, le ore di massimo utilizzo del carico, e la tensione nominale, come mostrato nella tabella. La sezione trasversale scelta in base alla densità di corrente economica viene denominata sezione trasversale economica, definito come:

Sj = Imax / J

  • Sj: Sezione economica
  • J: Densità di corrente economica
  • Imax: Corrente operativa massima del conduttore in condizioni normali
T(massimo)/H200030004000500060007000
LJ Direttore d'orchestra 10 kV o meno1.441.181.000.860.760.66
LGJ Direttore d'orchestra 10 kV o meno1.701.381.181.000.880.78
Direttore della LCJ 35 kV o più1.861.501.261.080.940.84

Esempio di scelta del cavo aereo per un impianto fotovoltaico

Linee elettriche aeree
Linee elettriche aeree

Scenario reale

Per un soluzione di cavi fotovoltaici, in una linea aerea da 35kV, viene utilizzato un cavo intrecciato in alluminio con anima in acciaio e doppio circuito, con una lunghezza di 15 km e un carico massimo di 16 MW alla fine. Il fattore di potenza medio è 0.9, e una caduta di tensione massima consentita di 5% in condizioni normali è consentito. È necessario selezionare la sezione trasversale del conduttore.

Piano di selezione

La sezione trasversale del conduttore verrà scelta in base alla densità di corrente economica, e poi verrà verificato secondo le tre condizioni necessarie e la caduta di tensione ammissibile.

Corrente operativa massima:

Imax = (P / 2) / (1.732 × UN × cosθ) = (16000 / 2) / (1.732 × 35 × 0.9) = 146.63 UN

Con una corrente operativa massima (Imax) Di 146.63 A e Tmax di 2000 ore, la tabella indica la densità di corrente economica (J) È 1.65 A/mm². Perciò, lo spaccato economico è:

Sj = Imax / J = 146.63 / 1.65 = 88.87 mm²

Viene selezionata la sezione trasversale più vicina: Driver LGJ-95, con parametri ro + jxo = 0.332 + j0,4 Ω/km e una corrente continua sicura a lungo termine di 335 UN.

Verifica

  1. Resistenza meccanica:
    S = 95 mm² > E = 25 mm²
    Soddisfa i requisiti.
  2. Condizioni di riscaldamento:
    Poiché la linea a doppio circuito può funzionare in un unico circuito, la corrente nella linea aumenta, generando più calore. Questo è lo scenario operativo più critico. Nella verifica della temperatura, questa modalità operativa deve essere considerata:
    Imax = 2 × 146.63 A = 293.26 UN < Io = 335 UN
    Soddisfa i requisiti.
  3. Condizione di effetto corona:
    Poiché la linea è 35 kV, non è necessario verificare la condizione dell'effetto corona.
  4. Caduta di tensione:
    ∆U = (P×R + Q×X) × l / U = 1.80 kV
    U% = 1.80 / 35 = 5.15% > 5%
    Non soddisfa i requisiti, quindi è necessario aumentare la sezione del conduttore. È selezionato il conduttore LGJ-120, con parametri ro + jxo = 0.236 + j0,421 Ω/km e una corrente continua sicura a lungo termine di 380 UN.

Nuova verifica:

  1. Resistenza meccanica:
    S = 120 mm² > E = 25 mm²
    Soddisfa i requisiti.
  2. Condizioni di riscaldamento:
    Imax = 2 × 146.63 A = 293.26 UN < Io = 380 UN
    La tabella mostra che il conduttore LGJ-120 ha una corrente massima sicura di 380 A in modalità guasto, maggiore della corrente massima nel conduttore, quindi soddisfa i requisiti.
  3. Condizione di effetto corona:
    Poiché la linea è 35 kV, non è necessario verificare la condizione dell'effetto corona.
  4. Caduta di tensione:
    ∆U = (P×R + Q×X) × l / U = 1.60 kV
    U% = 1.60 / 35 = 4.57% < 5%
    Soddisfa i requisiti.

Perciò, il conduttore d'antenna selezionato LGJ-120 è adatto.

Conclusione

La corretta selezione del cavi in ​​un impianto fotovoltaico è essenziale per garantire sicurezza ed efficienza. Considerando i tre criteri principali: resistenza meccanica, riscaldamento, e condizioni corona: è garantito che il conduttore resisterà alle sollecitazioni fisiche e termiche, minimizzando le perdite energetiche e ottimizzando i costi operativi.

L’utilizzo del metodo economico della densità di corrente consente di bilanciare l’investimento iniziale e i costi a lungo termine. Regolando la sezione trasversale del conduttore per soddisfare i requisiti tecnici ed evitare cadute di tensione, è garantito il funzionamento efficiente ed economicamente vantaggioso dell’impianto, massimizzandone le prestazioni e la durata.